生物膜与跨膜运送

1、第十二章第十二章生物膜与跨膜运送生物膜与跨膜运送2一、生物膜的组成与结构一、生物膜的组成与结构组组织织和和器器官官功功能能单单位位基基本本功功能能单单位位基基本本结结构构单单位位细细胞胞生生物物体体生生命命活活动动外外周周膜膜6 6- -1 10 0n nmm3一、生物膜的组成与结构一、生物膜的组成与结构 它们的膜称它们的膜称细胞内膜细胞内膜 原核细胞内膜系统不丰富，真核细胞中有很多原核细胞内膜系统不丰富，真核细胞中有很多 生物膜即指细胞外周膜和内膜系统的统称生物膜即指细胞外周膜和内膜系统的统称 具有特定功能的亚细胞结构和细胞器：具有特定功能的亚细胞结构和细胞器：细胞核细胞核溶酶体溶酶体线粒体

2、线粒体高尔基体高尔基体4（一）、生物膜的组成和性质（一）、生物膜的组成和性质 不同的细胞，不同的膜，各物质的组成含量不同不同的细胞，不同的膜，各物质的组成含量不同脂质脂质:蛋白蛋白 = 1:4 4:1 膜功能越复杂，蛋白质种类越多，含量越大膜功能越复杂，蛋白质种类越多，含量越大 蛋白质蛋白质 脂质（主要是磷脂）脂质（主要是磷脂） 糖类糖类 水和金属离子水和金属离子生物膜生物膜5生物膜的化学组成（）生物膜的化学组成（） 类别类别 蛋白质蛋白质 脂质脂质 糖类糖类神经髓鞘质膜神经髓鞘质膜 18 79 3 人红细胞人红细胞 49 43 8 小鼠肝细胞小鼠肝细胞 44 52 4 嗜盐菌紫膜嗜盐菌紫膜

3、75 25 0 线粒体内膜线粒体内膜 76 24 01 1、膜脂、膜脂1 1）脂质）脂质 6糖糖脂脂蛋蛋白白生生物物膜膜磷脂磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇鞘氨醇的衍生物鞘氨醇的衍生物 构成生物膜的基质构成生物膜的基质两亲性使之在生物膜中呈两亲性使之在生物膜中呈双分子排列，构成脂双层双分子排列，构成脂双层甘油磷脂和鞘磷脂甘油磷脂和鞘磷脂动物细胞的质膜都含糖脂动物细胞的质膜都含糖脂对生物膜中脂质的流动性和渗对生物膜中脂质的流动性和渗透性有一定的调节作用，是脊透性有一定的调节作用，是脊椎动物膜流动性的关键调节剂椎动物膜流动性的关键调节剂含量：动物细胞含量：动物细胞 植物细胞植物细胞 质膜质膜 内膜系统内膜

4、系统9 膜的相变温度膜的相变温度Tc 膜的凝胶相和液晶相的相互转变温度膜的凝胶相和液晶相的相互转变温度 磷脂分子成膜后头基排列整齐，在磷脂分子成膜后头基排列整齐，在Tc以下以下时，尾链全部取反式构象（全交叉），排列整时，尾链全部取反式构象（全交叉），排列整齐，为凝胶相；而在齐，为凝胶相；而在Tc以上时，尾链成邻位交以上时，尾链成邻位交叉，形成叉，形成“结结”而变成流动态，为液晶相而变成流动态，为液晶相。10（一）、生物膜的组成和性质（一）、生物膜的组成和性质 胆固醇的作用胆固醇的作用 使相变温度变宽，保持膜的流动性使相变温度变宽，保持膜的流动性 当当 t Tc，胆固醇阻扰磷脂尾链的分子异构，胆

5、固醇阻扰磷脂尾链的分子异构化运动，阻止向液晶态转化，降低膜的流动性，化运动，阻止向液晶态转化，降低膜的流动性，使相变温度提高；使相变温度提高； 当当 t Tc，膜可以流动，膜可以流动 t Tc磷脂发生相变磷脂发生相变t Tc17磷脂分子的运动方式：磷脂分子的运动方式： a、在膜内、在膜内侧向扩散或侧向扩散或 移动移动，即分子同层，即分子同层 交换交换(2m/ /sec)b、在脂双层中、在脂双层中翻转翻转c、烃链绕、烃链绕C-C键键旋转旋转 全反式构型和交叉式构型异构化全反式构型和交叉式构型异构化18d、围绕与膜平面垂、围绕与膜平面垂 直的轴左右摆动直的轴左右摆动e、围绕与膜平面垂、围绕与膜平面

6、垂 直的轴旋转直的轴旋转影响膜流动性的因素影响膜流动性的因素、脂肪酸的链长和不饱和度、脂肪酸的链长和不饱和度 链链 长长：链越长越易排列：链越长越易排列 不饱和度不饱和度：双键：双键(cis)越多越不易排列越多越不易排列 19E.coli，42420 0C C时，时，FA/UFA = FA/UFA = 1.6:1，27时为时为1:1，防止膜在低温下过于刚硬防止膜在低温下过于刚硬、胆固醇：、胆固醇： 真核生物膜流动的关键调节剂真核生物膜流动的关键调节剂 、其、其 它：它： 膜蛋白、鞘磷脂含量，温度、膜蛋白、鞘磷脂含量，温度、pH、离子强度，、离子强度， 金属离子等金属离子等 膜脂的流动性影响膜蛋

7、白的构象及在脂膜脂的流动性影响膜蛋白的构象及在脂 双层中的包埋深度，即而影响膜的功能双层中的包埋深度，即而影响膜的功能膜蛋白膜蛋白小鼠细胞小鼠细胞人细胞人细胞细胞融合细胞融合杂交细胞杂交细胞、膜蛋白的运动性、膜蛋白的运动性侧向移动和旋转扩散侧向移动和旋转扩散1970年，年，Frye 和和Edidin通过细胞通过细胞表面抗原分布的表面抗原分布的变化证明了侧向变化证明了侧向移动的运动形式移动的运动形式21 旋转扩散：相对定位不变，只能旋转，不能翻转旋转扩散：相对定位不变，只能旋转，不能翻转 旋转扩散与脂质密切相关，旋转扩散与脂质密切相关，70的脂质去除的脂质去除时，旋转扩散为零时，旋转扩散为零 一

8、般来说，旋转扩散慢于侧向扩散，膜蛋白一般来说，旋转扩散慢于侧向扩散，膜蛋白的侧向扩散显著慢于膜脂的侧向扩散。的侧向扩散显著慢于膜脂的侧向扩散。（二）、生物膜的分子结构（二）、生物膜的分子结构22二、生物膜的物质运送二、生物膜的物质运送（一）生物膜的主要功能（一）生物膜的主要功能231 1、分隔细胞、细胞器、分隔细胞、细胞器 细胞及细胞器功能的专门化与分隔密切相关细胞及细胞器功能的专门化与分隔密切相关2 2、物质运送、物质运送 生物膜具有半透性阻障作用，膜上专一性的生物膜具有半透性阻障作用，膜上专一性的分子泵可使物质跨膜运送分子泵可使物质跨膜运送3 3、能量转换、能量转换 如氧化磷酸化如氧化磷酸

9、化4 4、信息的识别和传递、信息的识别和传递 在生物通讯中起中心作用，细胞识别、细胞在生物通讯中起中心作用，细胞识别、细胞 免疫、细胞通讯都是在膜上进行的免疫、细胞通讯都是在膜上进行的24（二）主动运送和被动运送（二）主动运送和被动运送1 1、被动运输、被动运输 物质从高浓度一侧顺浓度梯度的方向，通过物质从高浓度一侧顺浓度梯度的方向，通过膜运输到低浓度一侧的过程膜运输到低浓度一侧的过程 特点：特点： 运输速率取决于物质在膜两侧的浓运输速率取决于物质在膜两侧的浓 度差和物度差和物 质的分子大小、所带电荷和在脂双层中的溶解性质的分子大小、所带电荷和在脂双层中的溶解性 该过程无需能量该过程无需能量2

10、5 2 2、主动运输、主动运输 物质逆浓度梯度和逆电荷梯度的运输过程物质逆浓度梯度和逆电荷梯度的运输过程 特点：特点：专一性专一性 ：运送物质 饱和性：饱和性：运输速率 方向性：方向性：恒定的离子浓度差 选择性抑制：选择性抑制：乌本苷、根皮苷 需能量：需能量：细胞内Na 、K的主动运送 根据所运输分子的大小，物质运输根据所运输分子的大小，物质运输 又分为小分子运输和大分子运输又分为小分子运输和大分子运输非极性分子非极性分子不带电荷的极不带电荷的极性分子（小分性分子（小分子、大分子）子、大分子）带电荷的极性带电荷的极性分子或离子分子或离子（三）小分子（三）小分子 物质的运输物质的运输27（三）小

11、分子物质的运输（三）小分子物质的运输运输方式运输方式单向运输单向运输双向运输双向运输协同运输协同运输同向同向反向反向28 1 1、NaNa+ +,K,K+ +- -泵泵 细胞内外存在离子梯度差，胞内高细胞内外存在离子梯度差，胞内高K+、 低低Na+，胞外高，胞外高Na+、低、低K+，这是由称为钠钾，这是由称为钠钾 泵的蛋白主动运送的结果泵的蛋白主动运送的结果2 2、NaNa+ +,K,K+ +-ATP-ATP酶酶( (Jens C. Skou,1997) ) Na+, K+-泵就是分布于膜上的泵就是分布于膜上的Na+, K+-ATP酶酶 通过水解通过水解ATP主动向外运输主动向外运输Na+，而

12、向内运输，而向内运输K+ 离子的跨膜运送大多通过专一性蛋白运送离子的跨膜运送大多通过专一性蛋白运送29（三）小分子物质的运输（三）小分子物质的运输303 3、NaNa+ +,K,K+ +-ATP-ATP酶作用机制酶作用机制构象变化假说构象变化假说ATPATP：NaNa+ +,K,K+ +- -泵的能源泵的能源维持细胞的膜电位；维持细胞的膜电位；调节细胞的体积；调节细胞的体积；驱动糖和氨基酸的运送驱动糖和氨基酸的运送31（四）生物大分子的跨膜运输（四）生物大分子的跨膜运输 胞吐作用和胞吞作用胞吐作用和胞吞作用囊泡囊泡分泌泡分泌泡质膜质膜凡影响细胞分凡影响细胞分泌的因素也会泌的因素也会影响胞吐作用影响胞吐作用细胞内囊泡细胞内囊泡32（四）生物大分子的跨膜运输（四）生物大分子的跨膜运输吞噬作用吞噬作用 内吞直径达几微米以上的复合物或微生物内吞直径达几微米以上的复合物或微生物等的过程。如巨噬细胞吞并细菌等的过程。如巨噬细胞吞并细菌胞饮作用胞饮作用 将直径小于将直径小于